年产5万吨硝酸铵中和工段设计

年产5万吨硝酸铵中和工段设计目录山东轻工业学院2011届本科生毕业设计摘要硝酸铵，简称硝铵，是无色无臭的透明结晶或呈白色的小颗粒，有潮解性化学物品。硝酸铵的用途很广泛，主要用来做铵油药，铵油药性能好，爆速度高，使用成本低，广泛应用于矿山开采、建筑施工、铁路和公路修建、农田水利建设以及石化、化工、冶金、化纤、医药、日化等领域。本设计遵循“技术成熟，工艺先进、设备配置科学、环保安全、经济效益”等原则，在比较国内外各种先进生产方法、工艺流程和设备配置基础上，选用的是从硝酸和氨气出发经过中和反应、两段蒸发、结晶制得到产品硝酸铵的工艺路线生产。此工艺既可以节省附加设备的费用,又可降低采用压力输送反应物料的电能消耗,是较为理想的工艺。本设计的重点是生产工艺设计论证、工艺计算及设备设计选型，附有带控制点的工艺流程图，主要生产设备结构尺寸图，生产车间的设备配置图。最后部分考虑环境保护和劳动安全，以达到减少“三废”排放，加强“三废”治理，确保安全生产，消除并尽可能减少工厂生产对职工的伤害。关键词：硝酸铵工艺设计工艺计算设备选型ABSTRACTAmmoniumnitrateisacolorless,non-odoroustransparentcrystalorshowwhitesmallparticleschemicalsofdeliquesceproperties.Ammoniumnitrateusesveryextensive,mainlyusedforoilmedicine,ammoniumammoniumoilmedicineperformanceisgood,blastinghighspeed,usecostlow,widelyusedinmining,construction,railwayandhighwayconstruction,constructionoffarmlandirrigationandwaterconservancyandpetrochemical,chemicalindustry,metallurgy,chemicalfiber,cosmetic,pharmaceutical,oil,etc.Thedesignfollowsthematuretechnology,advancedtechnology,equipmentconfigurationscientific,environmentalsafety,economicefficiency,theprincipleofreciprocity.Aftercomparingdomesticandforeignadvancedproductionmethods,processandequipmentconfiguration,thechoicesarestartingfromnitricacidandammoniathroughneutralizationreaction,twoparagraphsofvaporizationcrystallizationprocessrouteofammoniumnitrateobtainedproductproduction.Thisprocesscansaveadditionalequipmentcosts,andcanreducethepressureofmaterialconveyingreactionofelectricityconsumption,istheidealprocess.Thisdesignisthefocusoftheproductionprocessdesignargumentation,processcalculationanddesignofequipmenttypeselection,withtakecontrolprocessflowdiagram,themainproductionequipmentstructuresizechart,productionworkshop山东轻工业学院2011届本科生毕业设计equipmentconfigurationdiagram.Lastpartconsideringenvironmentalprotectionandlaborsafety,soastoreduceemissions,threewastesstrengtheningthreewastestreatment,ensurethesafetyinproduction,eliminatingandminimizefactoryproductionworkerstodamage.Keywords：Ammoniumnitrate；Processdesign；Processcalculation；Equipmentselection山东轻工业学院2011届本科生毕业设计第一章总论硝酸铵，简称硝铵，是无色无臭的透明结晶或呈白色的小颗粒，有潮解性化学物品。硝酸铵的用途很广泛，主要用来做铵油药，铵油药性能好，爆速度高，使用成本低，广泛应用于矿山开采、建筑施工、铁路和公路修建、农田水利建设以及石化、化工、冶金、化纤、医药、日化等领域。硝酸铵作为氮肥单独使用或与磷肥、钾肥混合制成肥料使用。施用于旱田作物上，它比硫酸铵和尿素等铵态氮肥的肥效快、效果好，在欧洲和北美等地使用较普遍，中国北方也常使用。硝酸铵与燃料油结合在一起，可制成炸药，应用于军事和采矿等方面。因此在生产、贮运和使用中必须严格遵守安全规定。硝铵是助燃氧化剂，在密闭空间被加热，而热分解物不能自由排出时会发生爆炸，因此可用硝铵作为炸药原料，用于军事、采矿和筑路等方面。在医药上，硝铵被用于制造一氧化氮，俗称笑气可药用麻醉剂。近年来，还研究成功了用硝铵作为加固建筑物地基的一种新型添加荆。硝铵的工业生产约在十九世纪末期开始出现。最初是用智利硝石(主要成分为硝酸钠)与硫酸铵反应制得:2NaNO3+(NH4)2SO4=2NH4NO3+Na2SO4由于生产的原料依赖于智利的天然硝石，局限性很大，因此产量很少，只供生产炸药用。随着合成氨及硝酸生产的兴起，促进了现代硝铵工业生产的发展。现在工业上都用氨和硝酸作用来制取硝铵。人们按硝铵产品形状的不同，把硝铵分为颗粒状和粉状两种，根据用途不同，又可分为工业硝铵和农业硝铁两种。硝铵还可以和尿素溶液混合制成硝铵—尿素的氮溶液，使其含氮量更高，以利于运输和施用。硝酸铵的工业生产方法有转化法和中和法两种。工业上将硝酸钙用转化法加工成硝酸铵，主要采用气态氨和二氧化碳处理（气态转化）或与碳酸铵溶液作用（液态转化）两种方法来实现。气态转化反应：Ca（NO3）2+CO2+2NH3+H2O=2NH4NO3+CaCO3↓液态转化反应：Ca（NO3）2+（NH4）2CO3=2NH4NO3+CaCO3↓析出的碳酸钙沉淀经过滤分离，可作为生产水泥的原料。滤液可以用蒸发的方法加工成商品硝酸铵。我国工业上制取硝酸铵,常采用氨气(NH3)和硝酸(HNO3)常压中和法。氨气以及60%以下的稀硝酸为生产硝酸铵的原料。所用原料中的氯化物、油分、有机物均不应超过允许值,而且不应含有能在工艺过程中增加热分解和引起爆炸危险的其他物质。山东轻工业学院2011届本科生毕业设计1.1设计任务的依据设计任务书是项目设计的目的和依据：产量：5万吨/年硝酸铵原料：硝酸、氨气中和器操作压力：0.12MPa年工作日：320d计算基准：生产1t硝酸铵1.2概述1.2.1设计题目：年产5万吨硝酸铵合成中和工段设计1.2.2设计具体内容范围及设计阶段本次设计的内容为硝酸铵合成中和工段的设计，具体包括以下几个设计阶段：1.进行方案设计，确定生产方法和生产工艺流程。2.进行化工计算，包括物料衡算、能量衡算以及设备选型和计算。3.绘制带控制点的工艺流程图（PID）。4.进行车间布置设计，并绘制设备平立面布置图。5.进行管路配置设计，并绘制管路布置图。6.撰写设计说明书。1.2.3设计的产品的性能、用途(1)硝酸铵的物理化学性能硝铵为无色无臭的透明结晶或呈白色的小颗粒，熔点为169.6℃，当含水量不同时，熔点会有所不同，即使含微量水，其熔点也会降低。硝铵的结晶体，由于其结构不同，它的密度在1.44～1.49g/cm3之间,摩尔热容(20～28℃)为362.3J/(mol•℃)[1.68J/(g•℃)],熔融热为67.78J/g。当温度在20～100℃之间时，相对密度为0.68～0.78的固体硝铵平均热导率为0.858KJ／（m•h•℃）,硝铵的热导率随温度的不同而改变，当温度介于0～100℃之间时，其数值变动不超过5%～6%。硝铵易溶于水溶解度随温度升高而增加。硝铵溶于水时吸收大量热量，在15℃时，硝酸铵溶于等量水中，温度可降低到-10℃,因此，硝铵亦可做冷冻液使用。此外硝铵还能溶于丙酮、酒精、氨水之中。硝酸铵具有五种结晶变体，每一种晶体的结构和密度都不同，在一定温度范围内，各种晶型才能稳定存在。当加热或冷却硝铵时，如果温度变化超过该山东轻工业学院2011届本科生毕业设计种晶型的温度范围，即由一种晶型转变为另一种晶型，晶型转变时结晶的结构、密度、比容也发生变化并伴有热效应。硝铵晶型I转变为晶型Ⅱ时，休体积随之缩小，放出转变热，如继续冷却则晶型Ⅱ又转变为晶型Ⅲ,此一转变却引起了体积的膨胀，同时又放出转变热。如果把硝铵由125℃以上很快冷却到32℃以下，晶型I直接转变成晶型Ⅲ，而不经过晶型I和晶型Ⅱ。硝铵在包装、贮存和运输过程中温度常为60℃,易发生的晶型变化是-斜方晶系和斜方晶系。当硝铵中含有其它杂质时，如硫酸铵、钾、镁、钙盐等，此时晶型的转变温度可能降低。硝酸铵具有吸湿性。所谓吸湿性——即物质容易从空气中吸收水分的特性。一般在某一温度下，当周围大气中的水蒸汽压超过该物质饱和溶液上的水蒸汽压时，该物质即吸湿，反之，则物质将减湿;两者相等时，物质不吸湿也不减湿，而呈平衡状态。由此可见，该盐饱和溶液上的蒸汽压越小，吸湿性就越强。吸湿性的强弱用吸湿点来衡量，吸温点即在饱和盐溶液上的水蒸汽压与同湿度下饱和空气中水蒸汽压之比。硝铵的另一种不良性质是它的结块性，也就是在贮存过程中失去了松散的性质而结成硬块或成团。这就使得工业上及农业上使用硝铵时产生了困难，必须进行重新粉碎，消耗一定的动力和劳动力，因此应该防止硝铵结块。硝铵对于振动、冲击或摩擦是不敏感的，也没有自燃的性能，因此，使用硝铵实际上是安全的。因此硝铵的大量生产和在农业上的广泛应用，并不因为它存在爆炸性及着火性而受到阻碍。但是，在一定条件下硝铵是具有爆炸性的，因此在生产、贮存和运输中必须严格遵守安全技术规程和工艺操作规程。硝铵的爆炸一般由下列原因引起：①纯硝铵的热分解。据国外有关文献记载，硝铵发生过多次大爆炸和燃烧，其主要原因是硝铵的热分解引起的。②起爆剂的作用。干燥的纯硝铵仅在爆炸力很强的起爆剂或某种爆炸物质爆炸时产生的高速气浪的激发作用下才能发生爆炸。硝铵炸药引爆力比现今使用的各种爆炸物所需要的引爆力要大得多。一定质量的硝铵其爆炸能力是一定的。当硝铵的水分含量高于3%，即使有引爆剂存在也不会发生爆炸。目前广泛应用的硝铵炸药，大部分是纯度很高(99.5%以上)水含量在0.3%以下的硝铵与有机物质(木屑，油等)的混合物用雷管作引爆剂。③有机物质的作用。当硝铵中含有有机物质时，硝铵的起爆敏感性加大。为改善硝铵的结块性，而掺加少量有机添加剂时，对其热稳定性影响不大，但是添加剂的含量过高，对热稳定性也会造成影响，因此有机添加剂的含量不得超过1%。④无机杂质及金属的影响。当硝铵中存在某些金属(粉末状)，如铋、镉、铜、镁、铅、镍和锌时，由于相互作用会生成亚硝铵。亚硝铵是不稳定的，且它的存在会增加硝铵的爆炸敏感性，因此贮藏时要防止此类金属，特别要防止铜落入硝铵中，此外必须避免用锌制山东轻工业学院2011届本科生毕业设计做的容器贮藏硝铵。铬酸盐、高锰酸盐，硫化物和氯化物同样能促进硝铵的热分解。硝铵中含有无机酸(特别是硝酸、硫酸)，其热稳定性显著降低，如